离子在许多生理过程中起着错综复杂的作用。例如，细胞内钙离子在促进神经
元释放神经递质的信号转导途径中是必需的，并且涉及所有肌细胞收缩所需的机
制。细胞离子浓度由被动和主动离子通道和泵调节。离子通道和泵中的故障可导致
离子浓度的不适当调节，从而产生不利于正常细胞功能的条件。
为了研究细胞离子通量，离子成像技术与荧光离子指示剂结合使用。荧光离子
指示器分为两类：单波长指示器或比率指示器。对于定性分析，建议使用单波长指
示器。它们的大动态范围使它们在检测适度和瞬态离子变化时非常敏感。遗憾的
是，与单波长指示剂的使用相关的诸如可变染料加载和挤出的缺点使得难以准确地
确定细胞离子浓度。由于这些原因，建议使用比率指标来定量测量离子浓度。
比率或双波长离子指示剂是荧光染料的子类别，用于定量测量细胞内离子浓
度。与单波长指示器相比，双波长指示器具有独特的光谱特性，其响应于其目标离
子的结合而被触发。在比率钙指示剂的情况下，当与游离 Ca ²⁺结合时，这些染料
的最佳吸收或发射波长强度发生变化。例如，当激发 Ca ²⁺结合或不结合 Ca ²⁺
时，双激发 Ca ²⁺指示剂表现出两个峰值激发波长。Ca ²⁺增加当分别在 Ca ²⁺结合
和无 Ca ²⁺峰激发波长激发时，浓度引发双激发指示剂的荧光发射强度的增加和减
少。使用从收集的光度数据得出的比率，研究人员可以准确地确定细胞内 Ca ²⁺浓
度。比例技术是有利的，因为它降低了指示染料负载不均匀，染料保留性差和光漂
白的效果。自 1985 年由 Tsien 和合作者引入以来，比率指标已被无数科学论文引
用，并有助于研究钙在细胞调节中的作用（Grynkiewicz 等，1985）。